RU2840U1 - Роторно-реактивный двигатель - Google Patents

Abstract

Роторно-реактивный двигатель, содержащий корпус, осевой компрессор, камеры сгорания, систему подачи топливной смеси, зажигания и продувки, отличающийся тем, что в осевом компрессоре, установленном жестко на валу в компрессорной части корпуса, лопасти выполнены трехступенчатыми и каждая ступень имеет разный угол наклона к продольной оси, с которой направляющая ступень лопасти, расположенная на входе, образует угол до 40 - 50, компрессионная ступень - до 0 - 10, сбрасывающая ступень - до 70 - 80, причем поверхность компрессора разделена на несколько одинаковых секторов, в пределах каждого из которых каждая последующая направляющая ступень лопастей длиннее предыдущей, образуя воздухозаборную полость, причем компрессионная ступень каждой лопасти имеет постепенно увеличенную толщину в сторону сбрасывающей ступени, толщина последней остается постоянной, ее боковые плоскости образуют с боковыми плоскостями соседних лопастей щелевые каналы, причем на одном валу с компрессором, в конце его последней ступени, в средней дискообразной части корпуса установлен ротор двигателя внутреннего сгорания, в которой выполнены сквозные цилиндрические каналы подачи сжатого воздуха, центры сечений которых расположены равномерно по окружности, а ось каждого канала находится в продольной осевой плоскости двигателя внутреннего сгорания, ротор которого расположен соосно с его корпусом и выполнен заодно с валом, причем в неподвижном диске корпуса каналы чередуются со смесительными камерами, а поперечное сечение ротора разделено на сектора, в пределах каждого из которых выполнен продольный паз для подачи сжатого воздуха, соединенный

Description

POTOPHQ-РЕАКТИВШЁ ДВИГАТЕЛЬ ,

Изобретение относится, к разновидности реактивных, авиационных двигателей, а именжо к роторно-реактивным.

В качестве прототипа выбран турбореактивный одноконтурный двигатель Ij . Эти двигатели отличаются относительной конструктивной, и.технологической простотой и достаточно широко применяются на самолетах ж летательных, аппаратах с дозвуковой и сверхзвуковой скоростью полета. Их достоинство - существенный рост тяги с увелитчением скорости особенно на сверхзвуковых самолетах.

Основной недостаток ТРД - высокий расход топлива, ограничивающий дальность полета и удорожающий их эксплуатацию. По этим причинам в настоящее время новые самолеты с ТРД, как правило, не проектируются.

Известен осевой компрессор, содержащий цилиндрический корпус и размещенный в нем ротор с рабочими колесами, снабженными фрикци- онным или зубчатым приводом встречного вращения колес 21 .Лопаткж каждого колеса выполнены щелевыми. Недостаток данного комцрессорасложность конструкции и низкое давление, создаваемое при его работе, в. следствие большого утла наклона лопастей к продольной оси вращения.

Известен также осевой: многоступенчатый: компрессор, содержащий рабочие колеса и направляющие лопатки 33, у которых в первых ступенях, в средних и последних- ступекюс. угол наклона выходных кромок направляющих: лопаток соответственно равен , 65-70° и 60-65°. Недостатком данного компрессора является его громоздкость и сложность в изготовлении. Такая конструкция способствует возникновению воздушных завшфени в межлопастных каналах, что приводит к снижению напорных характеристик и потере КПД.

Цель изобретения - повышение напорных характеристик компрессора, моторесурса роторно-реактивного двигателя, его экономичности и надежности при одновременном упрощении, конструкции и обслуживания. Поставленная цель достигается тем, что в роторно-реактивном двигателе,, содержащем корпус, осевой компрессор, камеры сгорания, систему подачи топливной смеси, зажигания ж продувки, согласно изобретению, в осевом компрессоре, установленном жестко на валу в. компрессионной части корпуса, лопасти выполнены трехступенчатыми

МШС FQ2G 3/Q4: Fd2K З/Ш Fdid 19/02

-Sи каждая ступень находится под разным углом наклона к продольной оси, с которой направляющая ступень лопасти, расположенная на входе, образует угол до , компрессионная ступень от О до 10° и сбрасывающая ступень до 70-80°,. Поверхность компрессора ра зделена на несколько одинаковых секторов, в пределах каждого из которых происходит постепенное увеличение длины направляющей ступени каж.дой лопасти, что способствует образованию воздухозаборной полости, а у компрессионной ступени каждой лопасти постепенно увеличивается толщина в сторону сбрасывающей ступени. Толщина последней остается постоянной и ее боковые плоскости образуют с боковыми плоскостями соседних лопастей щелевые каналы. На одном валу с компрессором в конце его. последней ступени,, в средней дискообразной части корпуса, установлен ротор двигателя, внутреннего сгорания, В этом диске выполнены сквозные цилиндрические каналы подачи сжатого воздуха. Центры сечений этих, каналов расположены равномерно по окружности, а ось каждого канала находится в продольной осевой, плоскости двигателя внутреннего сгорания, ротор которого расположен соосно с его корпусом и выполнен заодно с валом. В диске неподвижного корпуса расположение цилиндрических, каналов чередуется со смесительными камерами. Поперечное сечение ротора разделено на несколько секторов , в пределах каждого из которых выполнен продольный паз для подачи сжатого воздуха, соединенный с полостью высокого давления, компрессора,, запальная камера, соединенная каналом с основанием камеры сгорания, противоположная стенка которой имеет сопловые каналы, расположенные под углом 30-45° к торцевой плоскости ротора, сквозной продувочный паз, соединенный с полостью высокого давления компрессора. В теле ротора ДВС выполнены про.дольные топливные каналы, от которых отводатся радиальные в каждый сектор ротора, вливающиеся в накопительные: камеры, от последних, в свою очередь, отводятся жиклер-форсунки. На внутренней торцевой поверхности корпуса роторного ДВС выполнены упорные ступени ввиде треугольных с .прямым углом, пазов, линии стыка плоскостей которых образуют щелевые каналы, соединяющие полость камер сгорания роторного ДВС с зоной, установки камер сгорания реактивного двигателя. В пространстве камерами сгорания атой зоны вдоль оси вращения располагается обтекатель газов и заканчивается в сопловой части корпуса.

Роторно-реактивный двигатель поясняется чертежом. На $иг,1 представлен главный вид, продольный разрез. На фиг.2- - роторный ДВС, сечение A-Av На фиг.З - вид по стрелке Б на осевой компрессор. На фиг.4. - вид по стрелке В на лопасти осевого компрессора. На фиг.5вырыв X - упорные ступени и щелевые канаш.

Роторно реактивный двигатель состоит из корпуса 1, который имеет три отделенжя:: для установки компрессора, роторного двигателя внутреннего сгорания и зону установки камер сгорания реактивного двигателя. В корпусе 1 на валу 2 установлен компрессор 3, который имеет трехступенчатые лопасти /фиг,4/. Поз.4 - направляющая часть лопасти, создающая, движение газов, поз.5 - компрессионная часть лопасти, создающая давление, поз.6 - сбрасывающая часть, запирающая сжатый воздух в узкое межлопастное пространство, 7 - средняя дискообразная часть корпуса, сквозные цилиндрические каналы подачи сжатого воздуха 8, смесительные камеры 9, ротор ДВС 10, продольный паз для подачи сжатого воздуха И, запальная камера 12, камера сгорания 13, сопловые каналы 14 и 25, сквозной продувочный паз 15, полость высокого давления компрессора 16, продольные топливные каналы ротора двигателя внутреннего сгорания 17, от которых отводятся радиальные каналы 18, которые вливаются в накопительные топливные камеры 19, от которых отводятся жиклер-форсунки 20, упорные ступени 21 на внутренней торцевой поверхности корпуса ротора ДВС, щелевые каналы 22, камеры сгорания реактивного двигателя 23, обтекатель газов 24.

Роторно-реактивный двигатель работает следующим образом. Вращение осевого компрессора осуществляется от ротора двигателя внутреннего сгорания. При вращении компрессора направляющие ступени лопастей в следствие их значительного наклона захватывают воздух и подают его далее к своим компрессионным ступеням. Компрессионные поверхности лопастей создают максимальное давление. Разряжение, создающееся движущейся впереди лопастью, компенсируется увеличением толщины ее. Сжатый таким образом воздух, поступает в щелевой канал. Угол наклона сбрасывающей ступени в 70-80 препятствует обратному движению воздуха, в случае резкого повышения давления, за компрессором, и увеличивает скорость истечения потока воздуха.

Роторно-реактивный двигатель может работать в двух режимах: в режиме двигателя, внутреннего сгорания и в режиме реактивного двигателя. Работа в режиме реактивного двигателя осуществляется следующим образом. Сжнтый воздух от осевого компрессора по сквозным цилиндрическим каналам, выполненным в средней дискообразной части корпуса двигателя внутреннего сгорания, поступает в зону установки камер сгорания реактивного двигателя. Туда же с помощью форсунок подается топливо. Образовавшаяся топливная смесь подяшгается, и струя: реактивных: газов, устремляется в сопло,

- образом. Топливо через отверстия в валу ротора по продольным каналам 17 и по радиальным 18, которые от .них отводятся, подается к накопительным камера1 л 19, из которых: через жиклер-форсунки 20 поступает в смесительные камеры 9. Далее при вращении ротора ДВС

10смесительные камеры 9 корпуса совмещаются с продольннми пазами

11ротора, через которые поступает сжатый воздух из полости высокого давления 16 компрессора 3 в смесительные камеры, образуя готовую топливную смесь для горения, При дальнейшем вращении ротора происходит совмещение запальной камеры 12 со смесительной камерой. 9. После чего топливная смесь воспламенилась. Запальная камера соединена каналом с камерой сгорания 13,Q которой далее совмещается смесительная камера. Зажженное топливо воспламенилось и качало гореть. При этом образовавшиеся от горения газы взрывной волной ударяют о стенки камеры сгоранжя и устремляются по сопловым каналам 14, расположенным тангенциально к внутренней цилиндрической поверхности корпуса двигателя, внутреннего сгорания, приводя тем самым в движение ротор ДВС. Затем сжатые газы по- сопловым каналам 25, выходящим из камеры сгорания под углом в 30-45° к торцевой плоскости ротора, направляются к внутренней торцевой поверхности корпуса ДВС, на которой выполнены упорные ступени 21, далее воспринимающие удары сопловых струй газа, создающих дополнительное вращение потока ДВС. На линии стыка плоскостей упорных ступеней находятся отверстия щелевых каналов 22. По этим щелевым каналам газы уходят в зощг расположения камер сгорания 23, где они и догорают.

Преимуществом предлагаемого роторно-реактивного двигателя , является:

1.Движение летательного аппарата с предлагаемым двигателем осуществляется, в режиме ДВС и реактивного двигателя.

2.Применение ДВС позволяет проводить строгую дозировку подачи топлива и воздуха на всех режимах работы реактивного двигателя.

3.Применение ДВС без реактивного двигателя в полете.

4.Дорогостоящая и сложная газовая турбина заменена ДВС более простым в изготовлении.

5.Отработанные газы ДВС попадают в общую магистраль сжатого воздуха и вместе с ним попадают в камеру сгорания, где полностью догорают.

Все эти факторы позволяют значительно экономить топливо, сократить количество вредных выбросов в атмосферу за счет полного сгорания топливной смеси, добиться долговечности двигателя и надежности, упростить конструкцию и обслуживание, повысить напорные

I 0ШМ

- IB- характеристики осевого компрессора при уменьшении веса, габаритов и упрощении конструкции.

Источники информации:

1.Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Под общей редакцией д-ра технических наук Д.В.Хронина. Москва, Машиностроение. 1989г, стр.5,

2.Авторское свидетельство №216176 кл F04o629/38, 1971г.

3.Авторское свидетельство №-953271 кя F04c 19/02, 1982г. Автор И../.11опков

Claims (1)

1. Роторно-реактивный двигатель, содержащий корпус, осевой компрессор, камеры сгорания, систему подачи топливной смеси, зажигания и продувки, отличающийся тем, что в осевом компрессоре, установленном жестко на валу в компрессорной части корпуса, лопасти выполнены трехступенчатыми и каждая ступень имеет разный угол наклона к продольной оси, с которой направляющая ступень лопасти, расположенная на входе, образует угол до 40 - 50^o, компрессионная ступень - до 0 - 10^o, сбрасывающая ступень - до 70 - 80^o, причем поверхность компрессора разделена на несколько одинаковых секторов, в пределах каждого из которых каждая последующая направляющая ступень лопастей длиннее предыдущей, образуя воздухозаборную полость, причем компрессионная ступень каждой лопасти имеет постепенно увеличенную толщину в сторону сбрасывающей ступени, толщина последней остается постоянной, ее боковые плоскости образуют с боковыми плоскостями соседних лопастей щелевые каналы, причем на одном валу с компрессором, в конце его последней ступени, в средней дискообразной части корпуса установлен ротор двигателя внутреннего сгорания, в которой выполнены сквозные цилиндрические каналы подачи сжатого воздуха, центры сечений которых расположены равномерно по окружности, а ось каждого канала находится в продольной осевой плоскости двигателя внутреннего сгорания, ротор которого расположен соосно с его корпусом и выполнен заодно с валом, причем в неподвижном диске корпуса каналы чередуются со смесительными камерами, а поперечное сечение ротора разделено на сектора, в пределах каждого из которых выполнен продольный паз для подачи сжатого воздуха, соединенный с полостью высокого давления компрессора, запальная камера, соединенная каналом с основанием камеры сгорания, противоположная стенка которой имеет сопловые каналы, расположенные под углом 30 - 45^o к торцевой плоскости ротора, сквозной продувочный паз, соединенный с полостью высокого давления компрессора, к тому же в теле ротора двигателя внутреннего сгорания выполнены продольные топливные каналы, от которых отводятся радиальные в каждый сектор ротора, выходящие в накопительные камеры, от которых отводятся жиклер-форсунки, причем на внутренней торцевой поверхности корпуса роторного двигателя внутреннего сгорания выполнены упорные ступени в виде треугольных с прямым углом пазов, линии стыка плоскостей которых образуют щелевые каналы, соединяющие полость камер сгорания роторного двигателя внутреннего сгорания с зоной установки камер сгорания реактивного двигателя, в пространстве между камерами сгорания которой вдоль оси вращения расположен обтекатель газов, заканчивающийся в сопловой части корпуса.